Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo màu ứng dụng plc điều khiển trên giao diện wincc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PHẠM HỒNG THẮNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TRÊN GIAO DIỆN WINCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG Đà Nẵng, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TRÊN GIAO DIỆN WINCC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG GVHD : ThS PHAN CƯỜNG SVTH : PHẠM HỒNG THẮNG LỚP : K23EDT2 MSSV : 2321113356 Niên khóa 2017 – 2022 i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại Học Duy Tân nói chung, các thầy cô trong khoa Điện & Điện Tử nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập Em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến thầy Phan Cường người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp Sinh viên thực hiện PHAM HONG THANG ii LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó Nếu có bất kì sự gian lận hay sao chép nào, em xin chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình Sinh viên thực hiện PHAM HONG THANG iii TÓM TẮT Tên đề tài: Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 Sinh viên thực hiện: PHẠM HỒNG THẮNG Mã sinh viên: 2321113356 Lớp: EDT2 Tóm tắt nội dung trình bày bao gồm:  Chương 1: Tổng Quan Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn và bố cục đồ án  Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền thông, giao thức  Chương 3: Tính Toán Và Thiết Kế Tính toán thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lý của hệ thống  Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống Viết chương trình và đưa ra lưu đồ thuật toán  Chương 5: Kết quả - Nhận xét – Đánh giá và hướng phát triển Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống và đưa ra hướng phát triển iv TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: PHẠM HỒNG THẮNG Mã số sinh viên: 2321113356 Lớp: EDT2 Chuyên ngành: Tự động hóa 1 Tên đề tài đồ án: Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 2 Đề tài thuộc diện: (nếu có) ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:  Sử dụng PLC S7-1200, Arduino, bộ chuyển đổi nguồn 24V  Cảm biến màu sắc TCS3200, cảm biến hồng ngoại, rơle trung gian  Nút nhấn, đèn báo, động cơ, băng tải, xi lanh khí nén, van điện từ khí nén 4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: a) Nội dung đề tài:  Chương 1: Tổng quan  Chương 2: Cơ sở lý thuyết  Chương 3: Tính toán và thiết kế  Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống  Chương 5: Kết quả - Nhận xét - Đánh giá và hướng phát triển b) Nội dung sinh thực hiện:  Tìm hiểu về các thiết bị phần cứng  Lắp đặt mô hình 5 Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ):  Sơ đồ nguyên lý hệ thống, Sơ đồ mạch lực của hệ thống  Lưu đồ thuật toán của hệ thống Đà Nẵng , ngày….tháng.…năm 202… Người hướng dẫn Ths Phan Cường v MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 1 MỞ ĐẦU 2 Chương 1: TỔNG QUAN .3 1.1 Đặt vấn đề 3 1.2 Mục tiêu 3 1.3 Nội dung nghiên cứu 3 1.4 Giới hạn .4 1.5 Bố cục 4 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 2.1 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm 5 2.2 Nguyên tắc phân loại sản phẩm 5 2.2.1 Phân loại theo kích thước .5 2.2.2 Phân loại theo màu sắc 5 2.2.3 Phân loại theo khối lượng .5 2.3 Tổng quan về PLC và PLC S7-1200 5 2.3.1 Tổng quan về PLC 5 2.3.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 .9 2.4 Giới thiệu chung về Arduino 13 2.4.1 Giới thiệu chung về Arduino 13 2.4.2 Giới thiệu chung về Arduino Uno R3 14 2.5 Hệ thống điều khiển điện - khí nén 15 2.5.1 Những đặc điểm cơ bản 15 2.5.2 Cấu trúc của hệ thống khí nén 16 2.6 Giới thiệu về cảm biến màu sắc TCS3200 18 2.6.1 Tổng quan 18 2.6.2 Đặc điểm .19 2.6.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu của linh kiện điện tử TCS3200 19 2.6.4 Arduino giao tiếp với cảm biến màu SẮC TCS3200 .20 2.7 Giới thiệu về cảm biến vật cản hồng ngoại .21 2.8 Một số linh kiện khác 22 2.8.1 Động cơ DC băng tải 22 2.8.2 Nút nhấn 22 Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 24 3.1 Mô hình hệ thống 24 vi 3.1.1 Giới thiệu về hệ thống 24 3.1.2 Chức năng toàn phần 24 3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống 24 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 24 3.2.2 Tính toán và thiết kế các khối 25 3.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 37 Chương 4 LẬP TRÌNH PHẦN MỀM HỆ THỐNG 38 4.1 Lưu đồ thuật toán của chương trình 38 4.1.1 Lưu đồ thuật toán chương trình chính 38 4.1.2 Lưu đồ giải thuật cho khối nhận biết màu sắc 39 4.2 Phần mềm lập trình 39 4.2.1 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển (Arduino Uno R3) .39 4.2.2 Phần mềm lâp trình cho PLC 40 Chương 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .45 5.1 Kết quả 45 5.2 Nhận xét – đánh giá 45 5.3 Hướng phát triển .46 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vii DANH SÁCH BẢNG Bảng 2 1 Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7-1200 10 Bảng 2 2 Bảng các Module hỗ trợ PLC S7-1200 11 Bảng 2 3 Thông số của mạch Arduino Uno R3 15 Bảng 2 4 Bảng sơ đồ chân 20 Bảng 2 5 Bảng lựa chọn 4 loại Photodiode 21 Bảng 2 6 Bảng chọn mở rộng tần số đầu ra 21 Bảng 2 7 Cách kết nối Arduino với module TCS 3200 21 Bảng 3.1 Bảng liệt kê các linh kiện sử dụng dòng chính .36 viii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1 Tổng quan PLC S7-1200 10 Hình 2.2 Bảng tín hiệu của PLC S7-1200 .12 Hình 2.3 Các Module tín hiệu PLC S7-1200 13 Hình 2.4 Các Module truyền thông PLC S7-1200 13 Hình 2.5 ARDUINO UNO R3 15 Hình 2.6 Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén 18 Hình 2.7 Hệ thống điện – khí nén 18 Hình 2.8 Cảm biến màu sắc TCS3200 trong thực tế 19 Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến TCS 3200 20 Hình 2.10 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 22 Hình 2.11 Động cơ DC giảm tốc 12V 23 Hình 2.12 Nút nhấn 24 Hình 3.1 Mô hình chung của hệ thống 25 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 26 Hình 3.3 Sơ đồ kết nối cảm biến màu TCS 3200 27 Hình 3.4 Module Relay 5V 4 kênh 28 Hình 3.5 Sơ đồ chân của Relay 5v 4 kênh 29 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối với Arduino và TCS3200 30 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối với PLC 30 Hình 3.8 Sơ đồ chân cảm biến hồng ngoại .31 Hình 3.9 Mạch giao tiếp giữa cảm biến E3F-DS30C4 với PLC .31 Hình 3.10 Sơ đồ kết nối động cơ với PLC 32 Hình 3.11 Cấu tạo xilanh khí nén 32 Hình 3.12 Xilanh khí nén CDJ2B16-20-B .33 Hình 3.13 Van điện từ .33 Hình 3.14 Van điện từ 5/2 .34 Hình 3.15 Sơ đồ kết nối của van điện từ 5/2 với PLC 34 Hình 3.16 Rơ le trung gian 8 chân 35 Hình 3.17 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 35 Hình 3.18 Sơ đồ ngõ vào, ra và nguồn hoạt động của PLC S7-1200 CPU 1214C 36 Hình 3.19 Nguồn 24 VDC 37 Hình 3.20 Sơ đồ đấu nối dây hệ thống 38 Hình 4.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính của hệ thống 39 Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật khối xử lý màu sắc .40